一种磁力操动机构及使用该磁力操动机构的断路器的制作方法

本发明涉及一种磁力操动机构及使用该磁力操动机构的断路器。

背景技术：

电网是一个动态系统，供需变化于功率平衡问题要求电网各部分能够可靠、及时地投入或切除。电力系统中常规断路器在关合和开断电路瞬间，系统电压和电流相位通常是随机的，断路器在关合并联电容器组、电抗器、空载变压器以及空载线路时常会产生幅值、频率很高的涌流和过电压，降低了开关设备的使用寿命和电力系统的供电质量。随着社会经济的技术的发展，人们对相控开关提出了更高的要求，要求利用微处理技术使其智能化，提高开关的通断性和保护能力。采用此种装置的高压交流断路器恰恰能满足电网发展与电力用户对高质量电能的需求。

申请公布号为cn103545133a的中国发明专利申请中公开了一种高压交流相控断路器，包括断路器本体、用于执行分合闸操作的磁力机构及相应的驱动单元，驱动单元通过一个pwm逆变单元驱动连接磁力机构，pwm逆变单元用于产生设定的励磁线圈电流，断路器还包括一个充电单元，充电单元充电连接一个电容储能单元，电容储能单元连接pwm逆变单元，还包括相应的电流、电压互感器，通过互感器对电网的电压和电流相位测量，测量信号输入到汇控柜的控制单元中，控制单元对测量信号进行处理，通过计算，确定分合闸信号以发出相应指令的分合闸命令。该相控断路器中磁力机构的结构如授权公告号为cn201315272y的中国实用新型专利说明书所公开的磁力操动机构，这种操动机构是采用带电线圈在强磁场中受力移动的原理来输出驱动力，包括机构框架，机构框架由竖向排列的支柱和固定在支柱两端的固定板组成，机构框架上沿上下方向滑动装配有轨道框架，轨道框架上固定有动力输出轴和电磁线圈，各立柱的相对侧壁上采用异极对置的方式设置板形永磁体，相邻支柱之间形成相互平行的磁场间隙，轨道框架上的各电磁线圈滑动设置于相邻的两磁场间隙中，并且，在电磁线圈和永磁体之间留有间隙，这种磁力操动机构行程受限制较少，可提供大行程的动力输出，且零部件数量少，故障率低。在合闸过程中，向作为动子的电磁线圈通入合闸电流，使电磁线圈在平行的磁场间隙中受磁场作用力向上移动，电磁线圈驱动动力输出轴向上移动实现合闸操作。在分闸过程中，向电磁线圈通入分闸电流，使电磁线圈在平行的磁场间隙中受磁场作用力向下移动，电磁线圈驱动动力输出轴向下移动以实现分闸操作。

实际上，现有的磁力操动机构中，主要依靠作为定子的永磁体作用在通电的电磁线圈上的分闸驱动力实现分闸，当分闸过程中出现意外断电时，分闸驱动力消失，会出现分闸卡滞，而且，由于有些断路器如配置有真空灭弧室的断路器要求快速分闸，分闸速度要求高，仅依靠电磁线圈无法满足高电压断路器的快速分闸需要，影响磁力操动机构在高压断路器上的应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种磁力操动机构，以解决现有技术中仅依靠操动机构通电所产生的磁驱动力实现分闸导致在分闸过程中一旦出现断电容易产生分闸卡滞的问题；同时，本发明还提供一种使用上述磁力操动机构的断路器。

为实现上述目的，本发明所提供的磁力操动机构的技术方案是：一种磁力操动机构，包括机构框架，机构框架上固设有定子，机构框架上还设有与所述定子配合使用以沿上下方向往复移动进而实现相应动静触头分闸、合闸操作的动子，所述动子上连接有可沿上下方向往复移动的直动输出杆，直动输出杆上连接有用于合闸储能、分闸释放的分闸簧。

所述直动输出杆的上端为动力输出端，直动输出杆向上移动以实现相应动静触头合闸操作、向下移动以实现相应动静触头分闸操作，所述分闸簧沿上下方向布置，分闸簧的上端为固定端、下端为自由端，分闸簧的自由端顶压在所述直动输出杆上设有的弹簧座上。

所述动子包括至少一个线圈组件，线圈组件包括电磁线圈，所述定子包括为对应电磁线圈提供平行磁场间隙的永磁体，所述线圈组件包括缠绕有相应电磁线圈的线圈框架，线圈框架与对应的永磁体之间留有位置间隙，在平行磁场间隙中于对应电磁线圈的上侧和/或下侧固设有磁路闭合磁块，所述磁路闭合磁块具有用于与相应线圈组件的线圈框架顶推接触的接触面，所述磁路闭合磁块与相对布置的永磁体均接触。

所述永磁体为相对布置的两侧板形永磁体，两侧板形永磁体采用异极对置的方式布置以形成所述平行磁场间隙，位于电磁线圈上侧和/或下侧的所述磁路闭合磁块与两侧板形永磁体接触。

本发明所提供的使用上述磁力操动机构的断路器的技术方案是：一种断路器，包括灭弧室和驱动灭弧室中的动静触头进行分闸、合闸操作的磁力操动机构，磁力操动机构包括机构框架，机构框架上固设有定子，机构框架上还设有与所述定子配合使用以沿上下方向往复移动进而实现相应动静触头分闸、合闸操作的动子，所述动子上连接有可沿上下方向往复移动的直动输出杆，直动输出杆上连接有用于合闸储能、分闸释放的分闸簧。

所述直动输出杆的上端为动力输出端，直动输出杆向上移动以实现相应动静触头合闸操作、向下移动以实现相应动静触头分闸操作，所述分闸簧沿上下方向布置，分闸簧的上端为固定端、下端为自由端，分闸簧的自由端顶压在所述直动输出杆上设有的弹簧座上。

所述灭弧室中的动触头通过绝缘拉杆与所述直动输出杆直动传动连接。

断路器为单极断路器。

所述动子包括至少一个线圈组件，线圈组件包括电磁线圈，所述定子包括为对应电磁线圈提供平行磁场间隙的永磁体，所述线圈组件包括缠绕有相应电磁线圈的线圈框架，线圈框架与对应的永磁体之间留有位置间隙，在平行磁场间隙中于对应电磁线圈的上侧和/或下侧固设有磁路闭合磁块，所述磁路闭合磁块具有用于与相应线圈组件的线圈框架顶推接触的接触面，所述磁路闭合磁块与相对布置的永磁体均接触。

所述永磁体为相对布置的两侧板形永磁体，两侧板形永磁体采用异极对置的方式布置以形成所述平行磁场间隙，位于电磁线圈上侧和/或下侧的所述磁路闭合磁块与两侧板形永磁体接触。

本发明的有益效果是：本发明所提供的磁力操动机构中，在磁力操动机构的直动输出杆上直接设置用于合闸储能、分闸释放的分闸簧，分闸簧在合闸时储能，分闸时释放，在分闸时，除了磁力操动机构上由动子输出的磁驱动力外，分闸簧也输出驱动分闸的作用力，有效增大磁力操动机构输出的驱动力，进而可提高相应动静触头的分闸速度，提高断路器开断能力，而且，在分闸过程中，当磁力操动机构断电而出现卡滞时，利用分闸簧释放的驱动力课保证顺利分闸。直接在磁力操动机构的直动输出杆上配置相应的分闸簧，可提高磁力操动机构的分闸驱动性能，在将其应用在断路器上时保证断路器的分闸性能。

进一步地，对应直动输出杆向上移动以实现合闸、向下移动以实现分闸，在分闸时，重力也用于分闸，重力不会降低分闸簧的分闸输出效果。

进一步地，对于使用这种磁力操动机构的断路器来讲，灭弧室中的动触头通过绝缘拉杆与直动输出杆直动传动连接，不需要再另外配置其他多余传动结构，可显著提供磁力操作机构输出的操作功，降低额外损失。

进一步地，动子包括线圈组件，线圈组件包括电磁线圈，定子包括永磁体，由永磁体形成与电磁线圈配合使用的平行磁场间隙，电磁线圈往复移动装配在平行磁场间隙中，由于线圈框架连同电磁线圈沿上下方向往复移动，为减小摩擦阻力，线圈框架与对应永磁体间留有位置间隙，该位置间隙带来了无法形成闭合磁场从而导致磁力线及磁场保持能量损失过多的问题，所以，在平行磁场间隙中于对应线圈框架的上侧和/或下侧固设有磁路闭合磁块，磁路闭合磁块具有用于与相应线圈框架顶推接触的接触面，所述磁路闭合磁块与相对布置的永磁体均接触，当线圈框架与磁路闭合磁块接触时，磁路闭合磁块用于与永磁体形成磁场回路，以解决磁力线及磁场保持能量损失过多的问题，可有效增强合闸保持力，降低弹跳及反弹。

附图说明

图1为本发明所提供的断路器的一种实施例的结构示意图；

图2为图1中磁力操动机构的局部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明所提供的断路器的具体实施例，如图1和图2所示，该实施例中的断路器为带磁力操动机构的单极断路器，单极断路器包括支架17，支架17上设有控制柜16，控制柜16上设有单极13及实现单极灭弧室11中的动静触头分闸、合闸操作的磁力操动机构15，单极13包括绝缘筒体，绝缘筒体中设有灭弧室11及与灭弧室中的动触头传动连接的绝缘拉杆18，上述灭弧室为真空灭弧室，故绝缘拉杆18通过超程簧12与灭弧室的动触头直动传动连接，绝缘拉杆18与磁力操动机构15的直动输出杆151直动传动连接，由沿上下方向往复动作的直动输出杆151通过绝缘拉杆18驱动灭弧室11中的动触头动作，以实现动静触头合闸、分闸操作。

本实施例中，在磁力操动机构的直动输出杆151上连接有分闸簧14，该分闸簧14用于在合闸时储能，分闸时释放，以提高分闸速度，同时防止分闸过程断电等特殊情况导致磁力操动机构卡滞时保证磁力机构可靠分闸。

由于直动输出杆151的上端为动力输出端，直动输出杆151向上移动以实现相应动静触头合闸操作、向下移动以实现相应动静触头分闸操作，分闸簧14沿上下方向布置，分闸簧14的上端顶压在磁力操动机构的相应机构框架上、下端顶压在直动输出杆151上设有的弹簧座上。

磁力操动机构包括机构框架，机构框架包括沿上下方向延伸的多个间隔布置的立柱和固设于立柱两端的上盖板1、下底板5，机构框架上沿上下方向往复移动装配有动子，动子包括一个线圈组件，线圈组件安装在机构安装板2上，机构安装板2沿上下方向导向移动装配在机构框架上以实现动子的导向移动，上述线圈组件包括线圈框架3，线圈框架3包括中心支撑板4和布置在中心支撑板4上下两端的两端挡板，中心支撑板4和两端挡板形成环槽，电磁线圈对应的缠绕在环槽中以固定在线圈框架3上。

上述磁力操动机构的直动输出杆151沿上下方向可移动的装配在机构框架上，磁力操动机构的线圈组件在往复移动过程中驱动直动输出杆移动以输出实现磁力操动机构合闸、分闸操作的驱动力。

直动输出杆通过绝缘拉杆、超程簧与灭弧室的动触头直动传动连接，此处的直动传动连接指的是：直动输出杆、绝缘拉杆及动触头三个在上下竖向上同步动作。

上述机构框架中的定子包括为对应电磁线圈提供平行磁场间隙的相应永磁体，本实施例中的永磁体具体为板形永磁体，机构框架中，根据各个立柱与线圈组件的位置关系，可分为穿套在线圈组件中的中相立柱和位于线圈组件外侧并与中相立柱相对布置的边相立柱，中相立柱和边相立柱的相对侧分别固设有板形永磁体以在中相立柱和边相立柱之间形成平行磁场间隙10，设置在中相立柱上的板形永磁体为中相永磁体6，设在边相立柱上的板形永磁体为边相永磁体7，板形永磁体均沿上下方向延伸，使得平行磁场间隙10也沿上下方向延伸，套装在中相立柱上的相应线圈组件的电磁线圈位于该平行磁场间隙10中，使用时，电磁线圈8通电，电磁线圈作为位于平行磁场间隙中的通电导体受到安培力作用可在上下方向上往复移动，为保证平衡，绕线圈周向通常均布有两个以上的平行磁场间隙10，这主要是由电磁线圈的形状所决定的，如电磁线圈为三角形，则可设置三个相应的平行磁场间隙，如电磁线圈为四边形，则可对应设置四个相应的平行磁场间隙或设置两个平行磁场间隙，如电磁线圈为圆环形或椭圆环形，则可根据电磁线圈的实际尺寸沿电磁线圈周向布置相应数目的平行磁场间隙，各平行磁场间隙中磁场方向由平行磁场间隙所处位置确定，保证线圈组件的正常往复移动即可。

需要说明的是，由于电磁线圈带着线圈框架3往复移动，为减小摩擦阻力，在线圈框架3与对应的永磁体间留有位置间隙。

本实施例中，由于磁力操动机构用于驱动断路器灭弧室中的动触头往复移动以实现灭弧室的分合闸操作，因此，线圈组件的往复移动行程上具有对应合闸的上极限位和对应分闸的下极限位。

在本实施例中，在进行合闸时，向位于平行磁场间隙中的电磁线圈通入合闸电流，电磁线圈驱动直动输出杆151带着绝缘拉杆18驱动灭弧室的动触头向上移动以与相应静触头合闸，此时，与直动输出杆151传动连接的分闸簧14受压储能，实现合闸操作，并在合闸完成时将电磁线圈保持在对应合闸的上极限位。在需要分闸时，向位于平行磁场间隙中的电磁线圈通入分闸电流，直动输出杆151带着绝缘拉杆18驱动灭弧室的动触头向下移动以与静触头脱离分闸，除了电磁线圈所提供的分闸驱动力外，分闸簧14同时释放以驱动动力输出轴快速向下移动以实现分闸操作，可有效提高分闸速度，提高断路器开断能力，而且，在分闸过程中，当磁力操动机构断电而出现卡滞时，利用分闸簧14释放的驱动力保证顺利分闸。

另外，本实施例中，在各平行磁场间隙10中于对应线圈框架的上侧分别固设有上磁路闭合磁块9，该上磁路闭合磁块9实际上对应相应线圈组件的上极限位置布置，上磁路闭合磁块9具有用于与相应线圈框架顶推接触的接触面，上磁路闭合磁块与相对布置的永磁体均接触。使得，当线圈框架与上磁路闭合磁块接触时，可形成完成的闭合回路，磁力线可通过闭合回路回到磁力机构中，可有效增强上极限位置处的磁场强度。

本实施例中，由于线圈组件沿上下方向往复移动，为减小摩擦阻力，线圈组件的线圈框架与形成平行磁场间隙的两侧板形永磁体之间留有设定大小的位置间隙，该位置间隙带来了无法形成闭合磁场从而导致磁力线及磁场保持能量损失过多的问题，而本实施例中，正是通过在平行磁场间隙中设置与两侧板形永磁体接触并与线圈框架接触的上磁路闭合磁块来形成闭合磁场回路，以解决磁力线及磁场保持能量损失过多的问题，可有效增强合闸保持力，降低弹跳。

本实施例中，仅针对磁力操动机构的合闸位布置有上磁路闭合磁块，上磁路闭合磁块位于相应电磁线圈的上侧。在其他实施例中，也可仅针对分闸位布置相应的磁路闭合磁块，此时，磁路闭合磁块位于相应电磁线圈的下侧。当然，也可针对分闸位和合闸位分别布置磁路闭合磁块，此时，在相应电磁线圈的上侧和下侧分别设置有磁路闭合磁块，由于整个平行磁场间隙的磁场强度均相同，可在分合闸的后期分别通入反向电流以实现缓冲操作，这样可以进一步的降低弹跳及反弹。

本实施例中，各平行磁场间隙均由两侧板形永磁体形成，每个平行磁场间隙的磁场方向一致。在其他实施例中，平行磁场间隙包括位于中间的用于向相应电磁线圈施加分合闸驱动力的主磁场间隙和位于主磁场间隙上下两侧的辅助磁场间隙，主磁场间隙和辅助磁场间隙的磁场方向相反，形成平行磁场间隙的永磁体包括位于中间的主板形永磁体和位于端部的辅助永磁体，主板形永磁体采用异极对置的方式布置以形成所述主磁场间隙，辅助永磁体采用采用异极对置的方式布置以形成辅助磁场间隙，位于电磁线圈上侧和/或下侧的磁路闭合磁块与形成相应辅助磁场间隙的辅助永磁体接触。这种情况下，由于分合闸后期电磁线圈靠近辅助磁场间隙。当然，也可仅针对合闸位或分闸位布置相应的磁路闭合磁块。需要说明的是，由于线圈框架的存在，可使得电磁线圈始终位于主磁场间隙中，并不进入辅助磁场间隙中，使得辅助永磁体主要起到锁定保持的作用。

本实施例中，形成平行磁场间隙的永磁体采用板形永磁体，在其他实施例中，也可采用其他可形成相应平行磁场间隙且保证电磁线圈正常往复移动的永磁体结构。

本实施例中，磁力操动机构的动子包括一个线圈组件，在其他实施例中，也可设置两个以上的线圈组件，根据驱动力大小布置。当然，磁力操动机构的动子也可为动铁芯，相应的，此时的定子则为固定的电磁线圈，此时，可配置相应的合闸线圈和分闸线圈，合闸时，向合闸线圈通电，吸附动铁芯向上移动以实现合闸操作，分闸时，向分闸线圈通电，吸附动铁芯向下移动以实现分闸。无论定子是电磁线圈还是动子是电磁线圈，只要磁力操动机构具有相应的直动输出杆，且直动输出杆上连接有相应的分闸簧，则都应当落入本专利的保护范围内。

本发明所提供的断路器为单极断路器，单极直接固定在磁力操动机构的机构框架上，在其他实施例中，也可由单个磁力操动机构驱动两个单极的灭弧室进行分合闸操作，或者是由单个磁力操动机构驱动两个单极的灭弧室进行分合闸操作，磁力操动机构本身在分闸簧的加成下同样具有良好的分闸性能，而使各单极的灭弧室中动触头均通过绝缘拉杆与磁力操动机构的直动输出杆直动传动连接，省去额外布置的拐臂等中间传动结构，可有效减少操作功的损耗，提高效率。

本实施例所提供的磁力操动机构可应用于包括但不限于126kv真空断路器等选相分合闸及投切电容器组领域。

本发明所提供的断路器的灭弧室不仅可为真空灭弧室，还可为其他类型的灭弧室。

本发明还提供一种磁力操动机构的实施例，该实施例中的磁力操动机构的结构与上述断路器实施例中的磁力操动机构的结构相同，在此不再赘述。